DCS控制系統(tǒng)常見故障分析

韓芳

關(guān)鍵詞：DCS集散控制系統(tǒng);故障分析;維護(hù)管理

1、前言

集散控制系統(tǒng)的核心是微處理器，采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則的新一代儀表控制系統(tǒng)。它采用控制分散、操作和管理集中的基本設(shè)計(jì)思想，采用多層分級、合作自治的幾機(jī)構(gòu)形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制，在電力、冶金、石化等各行業(yè)都獲得了極其廣泛的應(yīng)用。DCS系統(tǒng)具有較高的靈活性與擴(kuò)展性、具有先進(jìn)的過程操作畫面（動態(tài)流程畫面、分組回路畫面、總貌畫面、報警畫面、趨勢畫面、報表畫面等），具有各種控制功能，運(yùn)算功能，并能實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)趨勢預(yù)測，歷史數(shù)據(jù)顯示和各種報警功能。從而實(shí)現(xiàn)對工藝生產(chǎn)全過程的集中監(jiān)視、控制和管理。同時DCS系統(tǒng)的各種模塊能夠帶電插拔、更換，這些都是常規(guī)儀表所不具備或需要經(jīng)過復(fù)雜的組合才能實(shí)現(xiàn)。

2、DCS集散控制系統(tǒng)的故障分析

隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)日新月異的不斷發(fā)展，DCS集散控制系統(tǒng)以其可靠性、現(xiàn)代化和操作的靈活性在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但基于日常使用過程中總會出現(xiàn)無法預(yù)判的故障，因此總結(jié)以下幾點(diǎn)常見故障：

2.1干擾

（1）地環(huán)流干擾

在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、毫安級的小信號;有幾十伏，甚至數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號;既有低頻直流信號，也有高頻脈沖信號等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間傳輸相互干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作.出現(xiàn)這種情況除了每個儀表、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個十分重要的原因就是各種儀器設(shè)備根據(jù)要求和目的都需要接地，例如為了安全，機(jī)殼需要接大地;為了使電路正常工作，系統(tǒng)要有公共參考點(diǎn);為了抑制干擾加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地.但是由于儀表和設(shè)備之間的參考點(diǎn)之間存在電勢差（也就是各設(shè)備的共地點(diǎn)不同）因而形成“地環(huán)流”、“接地環(huán)路”問題。當(dāng)環(huán)流很大時，會出現(xiàn)很高的共摸噪聲電壓，并通過分布參數(shù)耦合到信號線，或直接連接到電平信號線上，將產(chǎn)生很大的串模干擾，甚至損壞接口電路及設(shè)備。

（2）人為干擾

電磁干擾產(chǎn)生的根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化。一方面，人們可以利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定功能，例如，無線通信、雷達(dá)或其他功能。還有工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中會經(jīng)常有一些大型的設(shè)備（電機(jī)、變頻器等）頻繁開關(guān)，它們也會造成一些容性、感性的干擾，也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場合，肯定會有電磁干擾存在。數(shù)字脈電路就是一種典型的干擾源。隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電磁污染情況會越來越嚴(yán)重。

2.2網(wǎng)絡(luò)問題

著DCS技術(shù)逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化和開放性，各自動化廠商90年代中后期開發(fā)的DCS系統(tǒng)，在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上紛紛采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議，該技術(shù)方案雖然能很好地解決網(wǎng)絡(luò)通訊上的開放性和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化問題，降低用戶網(wǎng)絡(luò)方面的綜合成本，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議應(yīng)用于DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，也帶來了以下兩個問題：標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)CSMA/CD總線訪問機(jī)制，無法解決網(wǎng)絡(luò)碰撞引起的確定性實(shí)時問題;TCP/IP協(xié)議的廣泛應(yīng)用，無可避免會帶來病毒防范問題，基于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳播的病毒對DCS系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來額外壓力。

2.3. 導(dǎo)致DCS系統(tǒng)故障的人為因素

在DCS集中生產(chǎn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，整個控制系統(tǒng)受到非標(biāo)準(zhǔn)人員操作的影響（例如，重復(fù)的命令功能、不工作的系統(tǒng)負(fù)載等），影響整個控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3、DCS集散控制系統(tǒng)的維護(hù)管理

3.1解決系統(tǒng)中的干擾

（1）方法一：所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個接地點(diǎn)，不能形成回路，但要注意某些設(shè)備要求必須接地才能保證測量精度或人身安全，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。

（2）方法二：使兩接地點(diǎn)的電勢相同

（3）方法三：在各個過程環(huán)節(jié)中使用信號隔離器，斷開過程環(huán)路，同時 又不影響過程信號的正常傳輸，從而徹底解決地環(huán)路的問題。

3.2網(wǎng)絡(luò)安全

增加工業(yè)級防火墻，黑名單、白名單機(jī)制，能有效攔截病毒入侵，確保DCS系統(tǒng)的信息安全，同時禁止插拔USB等移動存儲設(shè)備，或者增加U盤管理系統(tǒng)，防止病毒通過其他媒體介質(zhì)侵入，定期備份系統(tǒng)及軟件，確保系統(tǒng)故障情況下，可以及時恢復(fù)。

3.3為DCS集中控制系統(tǒng)的環(huán)境創(chuàng)造有利條件

DCS系統(tǒng)的環(huán)境應(yīng)具有較高溫度、濕度、衛(wèi)生和磁場要求，DCS中央控制室溫度不得超過50℃，這樣就不會因?yàn)闇囟冗^高而導(dǎo)致控制器、卡件、計(jì)算機(jī)損壞;控制室應(yīng)保持清潔和干燥，以防止因濕度或灰塵導(dǎo)致信號傳輸和接收不良;控制室內(nèi)的電纜橋架以及機(jī)柜底部的電纜孔洞要封堵。同時，必須加強(qiáng)DCS系統(tǒng)周圍的磁場控制，防止控制系統(tǒng)中電磁效應(yīng)的干擾。

3.4UPS電源防范措施

為DCS控制系統(tǒng)提供雙路供電，一路市電，一路UPS電源。定期用紅外線測溫儀測量關(guān)鍵接線端子的溫度，并做好記錄。利用大檢修停機(jī)期間做電源切換實(shí)驗(yàn)，確保切換正常，切換時間間隔必須符合技術(shù)規(guī)范。定期更換UPS電池，確保在市電故障的情況下，立即轉(zhuǎn)為UPS供電。

3.5接地檢查

每年利用大檢修停車時機(jī)，對系統(tǒng)的接地進(jìn)行全面檢查。儀表及控制系統(tǒng)的接地電阻為電氣專業(yè)的低壓配電系統(tǒng)接地裝置的接地電阻，應(yīng)根據(jù)電氣專業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范確定，一般情況，不應(yīng)大于4Ω。

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